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电线电缆绝缘电阻的探讨

文档作者：侯潭斌李凤玉文档来源：天津六0九电缆有限公司技术质量处		点击数：	更新时间： 2024年11月24日
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电线电缆绝缘电阻的探讨
天津六。九电缆有限公司 技术质量处
侯潭斌李凤玉
1引言
在很多项目工程施工、电气维修和试
验(包括评价绝缘的完整性)等场合都要进
行绝缘电阻的测量。绝缘电阻是判断绝缘
质最好坏以及绝缘品质变化的最典型依
据。它与绝缘强度、绝缘介质损耗以及绝
缘介质在运行状态下的逐步劣化等存在相
互依赖关系。绝缘电阻也是电线电缆总体
质量的一个重要的衡量指标。若采用理想
绝缘介质，当导体问施加电压时就不会有
任何电流流过绝缘材料。但实际上总会有
一些漏电流流经绝缘表面或通过绝缘流入
地线。漏电流并不损害好的绝缘，但是它
对于已变质的绝缘会产生影响。
2绝缘电阻的概念
绝缘电阻是电线电缆最基本的电气性
能，它是指在规定条件下，处于两个导体
之间的绝缘材料的电阻。绝缘电阻如无特
殊说明，是指绝缘上所施加的电压U与泄漏
电流Ig的比值， 即：Ri=U／Ig。
实际应用中，绝缘电阻的数值受介质
材料、温度、湿度、绝缘介质中杂质及水
份含量、测试时问和频率，甚至测量手法
等因素的影响。
3绝缘电阻测试的目的和重要性
绝缘电阻反映了产品在正常工作状态
下所具有的电绝缘性能， 因此，对大多数
的电线电缆产品(裸电线产品除外)均需测
定其绝缘电阻性能。对电压等级较高、使
用环境恶劣、使用部位重要的产品更 重
视。
产品的绝缘电阻主要取决于所选用的
绝缘材料，但工艺水平对绝缘电阻的影响
也很大。 此，对正常生产的产品在工厂
中测试绝缘电阻的目的，主要是作为监督、
控制材料质量和丁艺质量的一种方法。在
设计和研制新产品或选用新材料时，对绝
缘电阻及其各种可能的影响因素必须进行
大量的研究试验， 以保证产品及所用材料
能很好地满足使用要求。此外， 当产品在
某些特殊环境中使用时，必须进行有关的
绝缘电阻性能研究试验。
绝缘电阻是反映电线电缆产品绝缘特
性的重要指标，它与该产品能够承受电击
穿或热击穿的能力，与绝缘中的介质损耗，
以及绝缘材料在工作状态的逐步劣化等均
存在着极为密切的相互依赖关系。因此，
对用于工作电压为500 V及以上电压等级
的产品， 一般均需测定其绝缘电阻，甚至
对于低压弱电流的通信电线电缆，也把测
定绝缘电阻作为控制和保证其绝缘品质的
主要参数。测定绝缘电阻可以发现工艺中
的缺陷，如：绝缘干燥不透或护套损伤受
潮；绝缘受到污染和有导电杂质混入；各
种原因引起的绝缘穿透等。同时，测定绝
缘电阻也是研究绝缘材料的品质和特性，
研究绝缘结构以及产品在各种运行条件下
的使用性能等方面的重要手段。对于已投
入运行的产品，绝缘电阻是判断产品变化
的重要依据之一。阕此，测定绝缘电阻是
十分重要的。
4绝缘电阻的定义中在电压作用下介质中
电流的构成
在恒定电雎作用下，沿绝缘表面和绝
缘内部均有微弱的电流通过，对应于这两
种电流的电阻分别称为表面绝缘电阻和体
积绝缘电阻。通过介质或绝缘材料的电流
主要由以下几部分构成：
(1)电导电流，这是由于绝缘介质中
存在的自由离子和导电杂质在电场作用下
迁移所产生的。这种电流不随施加的电压
和时间而变，在电场强度不太高时符合欧
姆定律，测量绝缘电阻时主要需要测量的
部分～一泄漏电流。它是反映绝缘优劣的
主要方面。
(2)电容／充电电流，这部分电流是
由于在施加电压的开始瞬问电缆的几何电
容充电和介质中的电子、原子位移极化所
产生的瞬时电流。它在施加电压开始的
10一”～l0一 秒内降为0。
(3)吸收电流，这部分电流主要是由
于绝缘介质内部偶极子在电场作用下发生
转向极化(或称之为松弛极化)所产生的
电流，它随着时间成负指数减小。
在最初的几亿分之一秒内，电子及分
子内带电原子发生位移。介质中的这种带
电原子的重新排列，就是我们对一些材料
所能测量的高频介电常数。在以秒或分计
的时间里，我们所看到的极化电流是由于
偶极分子和分子群的转向所致，而这些分
子是相对不动的。这部分的极化电流就是
2
最常见的测量到的电流，它是绝缘质量优
劣的一个很好的表征。
当介质被施加电压时，流经介质中的
总电流是上述3种电流之和。施加的电压不
变的情况下，总电流从开始的相对较高值
开始下降，逐渐接近并略高于泄漏电流(如
图1)。对于不好的或绝缘性能逐渐劣化的
绝缘介质，上述的总电流下降较慢，甚至
会出现增加的情况。
麓加奄攫针间
豳1 绝缎介赝棱椎抽电压时的电瀛主要缢威蓉意髓
5影响绝缘电阻的主要因素
5．1绝缘材料本身分子结构的影响
不同的绝缘材料因分子的极性大小不
同，在电场作用下极化程度也不同，其相
对介电系数也就不同。分子极性越大，在
一定电场强度下，介质被极化的程度越高，
介电系数越大，表现出的绝缘电阻率则越
低。
5．2绝缘介质中杂质的影响
绝缘材料中含有杂质或受潮吸入水份
则绝缘电阻系数也成明显下降趋势。这是
因为混入的杂质和水分大多是可离解的分
子，致使介质内离子浓度增大，从而增加
了介质的离子电导。
5-3绝缘材料结晶程度的影响
材料结晶度的增加会减少介质中的离
子电导。在绝缘挤出过程中，挤出机的温
度设置，冷却槽水温及离开挤出机头的距
离，会对绝缘材料的结晶产生影响，因此，
合理地控制绝缘挤出T艺是决定电缆绝缘
性能好坏的重要因素。
5．4温度的影响
绝缘电阻系数随温度上升而近似成指
数下降，其服从如下指数近似公式：
p =ke一。。
式中，9 为绝缘电阻系数，0为温度(℃)，
k、121为常数(与绝缘材料有关)。
根据材料的不同， 以及材料中添加的
增塑剂、交联剂、阻燃剂等，绝缘介质的
绝缘电阻系数随温度的变化规律会有所不
同。
在实际应用中，往往用经验的绝缘电
阻温度换算系数进行换算。
Rto=9 v Rtt
其中：R10为to时的绝缘电阻值；Rtl为t1时的
绝缘电阻值；p 为绝缘电阻温度换算系
数。
5．5电缆中绝缘线芯间空隙中及环境湿度
的影响
当电缆周围环境湿度较大， 电缆加工
过程受潮，造成电缆内绝缘线芯间空隙中
湿度偏大时，一方面会使绝缘介质吸收一
些水分子而形成杂质，另一方面，水分子
附着在绝缘表面，相当于缆芯间增加了接
触面积，或相当于改变了电缆的几何结构。
实践表明，湿度的影响能使电缆绝缘电阻
成倍地降低。
5．6绝缘线芯外包覆材料的影响
在电缆制造过程中，经常需要在缆芯
外包覆各种材料以达到屏蔽、隔离、标识
等目的。随着这些包覆材料的金属与非金
属、材料的极性的不同，有时会对电缆的
绝缘电阻产生很大的影响。通常，在满足
电缆包覆层所要达到的要求的前提下， 要
想提高绝缘电阻，应尽量选用非极性材料。
当然， 以上各影响因素都是在没有制
造缺陷、电缆在制造完成后没有遭受外部
损伤的前提下讨论的。实际上在电缆制造
和使用过程中，对于同一材质和结构的电
缆其绝缘电阻水平应该是接近的，若出现
某一电缆绝缘电阻值明显低于其它电缆，
则说明该电缆存在制造工艺的偏差或出现
电缆受损的情况。
除了上述原 外在电缆测量当中也会
存在一些因素影响测量结果。
5．7测试电压
测量绝缘电阻时所施加的直流电压不
能太高，否则会导致绝缘内部局部放电，
既影响测量的正确性又易造成绝缘损坏；
也不能太低， 以致影响测量的灵敏度和准
确性。测试电压一般为100"~1000V。
5．8测量中的读数时间
由于加上电压后，绝缘中存在着3种随
时间而衰减的电流。因此，理论上应等这
三种电流全部衰减完后才读出电导电流(泄
漏电流)的数值，以计算绝缘电阻。但时间
太长测量工作量大以及考虑到测量系统长
时间的稳定性，因此在测量方法的标准中
明确规定在接通电流后不少于1 min，不超
过5 min读数。这样既保证了非电导电流大
部分已经消失，又使测量时间有了统一，
使读数具有重复性和可比性， 以及提高测
量效率。
3
5．9电场强度
在电场强度较低时，绝缘电阻与电场
强度几乎无关；在电场强度较高时，由于
离子迁移速率增加，绝缘电阻迅速下降。
电缆的绝缘电阻可近似用经验公式表达：
p =ke一。。／E
式中，9 为绝缘电阻系数， 0为温度
(℃)，k、a、y为常数(与绝缘材料有关)，
E为电场强度。
在接近击穿的高场强范围时，绝缘电
阻系统随电场强度近似按指数规律急剧下
降，此时不仅离子迁移速率迅速增加，而
且还出现大量的电子迁移。因此控制好电
场强度的高低，对绝缘电阻测量的准确性
关系极大。
6绝缘电阻的测试方法
绝缘电阻的测试方法常用的有两种：
直流比较法； 电压电流法(包括常用的兆
欧表法和高阻计法)。
6．1试验设备
如zC一9O 绝缘电阻测试仪等。
6．2试样制备
(1)除产品标准中另有规定外，试样
有效长度应不小于10 m。应小心的剥除试
样两端绝缘外的覆盖物，并注意不损伤绝
缘表面。
(2)试样应在试验环境中放置足够长
的时间，使试样温度和试验温度平衡，并
保持稳定。
(3)浸入水中试验时，试样两个端头
露出水面的长度应不小于250 mlTl，绝缘部
分露出的长度应不小于150 rnin。
在空气中试验时，试样端部绝缘部分
4
露出的长度应不小于100 mill。露出的绝缘
表面应保持干燥和洁净。
6．3试验程序
6-3．1测试接线
(1)有金属护套、屏蔽层或铠装的电
缆试样。
单芯电缆，应测量导体对金属套或屏
蔽层或铠装层之间的绝缘电阻；多芯电缆，
应分别就每个导体对其余线芯与金属套或
屏蔽层或铠装层连接进行测量。
(2)非金属护套、非屏蔽或元铠装的
电缆试样。
单芯电缆应浸入水中，测量导体对水
之问的绝缘电阻；多 电缆应分别就每个
导体对其余线芯进行测量。
6-3．2试样长度测量
将试样接入测试系统，试样的有效长
度测量误差应不超过4-1％。
6．3．3试验环境条件
除电线电缆产品标准中另有规定外，
型式试验或抽样试验时测试应在环境温度
2O±5℃ 和空气相对湿度不大下80％ 的室
内或水中进行。交收试验时，测试一般在
环境温度为0~35~C的室内进行。工作温度
下绝缘电阻的试验温度应在有关标准中规
定，温度的误差应不超过±2℃ 。
有争议时环境温度或工作温度的误差
应不超过±1℃ 。
6．3．4高温下绝缘电阻测试方法
绝缘线芯或单芯电缆的高温下绝缘电
阻可按GB5013．2—1997中2．4规定的方法测
试；或从成品电缆上取3～5 m电缆，将试
样做适合于绝缘电阻测量的处理后，放入
试验箱中。在达到规定试验温度后，保温2
h，测量线芯绝缘电阻。
6-3．5试验电压
应按产品标准规定选择对试样的测试
电压，一般为：100～1000 V。
6．3．6测试充电时问
为使绝缘电阻测量值基本稳定，测试
充电时间应足够充分，不少于1 min，不超
过5 min。
6．3．7测试系统的测最误差 符合下述要
求
被测试试样绝缘电阻值为1×10 。Q及
以下，测量误差不超过±10％。
被测试试样绝缘电阻值为1×10mQ以
上，测=旱=误差不超过±2O 。
绝缘电阻测试仪计量检定的校准误差
超过以上对应值时，应停用。
6．4 试验结果及计算
每公里长度的绝缘电阻应按下面公式
计算：
RL=Rx ·L
式中RL一每公里长度绝缘电阻，M Q／
km ；
Rx一试样绝缘电阻，M Q；
L一试样有效测量长度，km。
2O℃ 时每公里长度的绝缘电阻应按
下面公式计算：
R2o=K ·RL
式中R20—20℃ 时每公里长度的绝缘
电阻，M Q／km：
K 一绝缘电阻温度校正系数，交
收试验时应采用相关标准或制造厂的规
定；型式试验或抽样试验时应按规定调控
试验环境条件，不作温度校准。
体积电阻率P由所测得的绝缘电阻应
按下面公式计算：
P=(2 J1；LRX)／ln(D／d)
式中P一体积电阻率，Q／cm- ；
D一绝缘外径，rnrn：
d一绝缘内径，ITIIl。
绝缘电阻常数K应按下面公式计算，以
M Q／km表示。
Ki=LRx X 10。¨／lg(D／d)=10一 ×0．367 P
计算结果所取有效数字位数应与产品
标准一致。
7绝缘质量完好性的判断
对于同一种材料而言，绝缘电阻越高
绝缘性能越好。电缆制造后，就开始老化。
由于老化，其绝缘性能就开始降低。任何
恶劣的环境，特别是高温、有化学污染的
场合会加速这种老化。这种绝缘性能的恶
化会对供电稳定性及人身安全构成威胁。
因此，怎样快速识别这种恶化以便采取措
施是很重要的。
在规定的时问问隔内测量介质的绝缘
电阻值的变化趋势，可以对绝缘完整性的
趋势作分析。例如，在一定时间内绝缘电
阻值持续降低，这就意味着绝缘介质的绝
缘性能存在问题。
在施加恒定电压的条件下，在用不同
的时间间隔里测量通过介质的电流可以计
算不随温度变化的极化指数(PI)，即10min
时的绝缘电阻值与lmin时的绝缘电阻值之
比。还有其他的极化表示方法，如极化率
(PR)，是指3min时的绝缘电阻值与15s时的
绝缘电阻之比； 以及介质吸收率(DAR)，
5
是~'60s时的绝缘电阻值与30s时的绝缘电
阻值之比。
这种比率如果较低(比如小于1．0)，说明
有一个较低的电阻并联地通过绝缘材料
中。这种降低的最主要的原 是介质表面
吸收了一层水膜， 增加了离子的浓度使得
介质原子的流动性增大。若排除表面吸水
因素，说明介质的绝缘性能劣化了。
此外，还可以采用施加不同测试电压
的方法来评价绝缘介质是否老化或受损以
及含有不必要的杂质。
6
8结束语
严格按照绝缘电阻的测量方法排除各
种与测量有关的影响因素进行准确地测
量，不仅可以发现电线电缆绝缘层材料品
质的优劣、生产T艺中的缺陷和大大提高
电线电缆的性价比、节约成本，还能通过
对绝缘电阻的准确测量严格控制电线电缆
的绝缘电阻，保证出厂和进入使用现场的
电线电缆质量，而且还可以准确地判定使
用中的电缆的电气绝缘性的好坏，以避免
由于绝缘的事故引起供电系统的故障而引
发安全生产事故。总之，准确地测定绝缘
电阻极为重要。

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